數(shù)字化變電站繼電保護(hù)二次裝置適應(yīng)性研究

李誠(chéng)

摘要：伴隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)化技術(shù)和微電子技術(shù)等的飛速發(fā)展，數(shù)字化變電站應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)字化變電站在提升人們生產(chǎn)和生活質(zhì)量方面發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。繼電保護(hù)二次裝置在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用以及表現(xiàn)出的一些適應(yīng)性的問(wèn)題也普遍受到人們的重視。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化變電站，繼電保護(hù)，適應(yīng)性

引言：變電站對(duì)整個(gè)電力電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行又發(fā)揮著巨大的作用。本文就數(shù)字化變電站的發(fā)展入手，簡(jiǎn)單介紹以IEC61850為依據(jù)的數(shù)字化變電站的主要技術(shù)特點(diǎn)，并對(duì)數(shù)字化變電站繼電保護(hù)二次裝置的適應(yīng)性進(jìn)行簡(jiǎn)單的探討。目前我國(guó)的數(shù)字化變電站主要沿用傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置，其與數(shù)字化變電站的電子式互感器、過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)等一些較復(fù)雜的設(shè)備元件的適用性還有待提高。

一、國(guó)內(nèi)外數(shù)字化變電站發(fā)展背景及我國(guó)國(guó)產(chǎn)數(shù)字化變電設(shè)備情況

自上世紀(jì)五十年代起，一些國(guó)家便開(kāi)始對(duì)數(shù)字化變電站進(jìn)行研究，直到上世紀(jì)末，建立在以太網(wǎng)基礎(chǔ)上的用來(lái)連接ABB、ALSTOM和SIEMENS的IEC61850-8-1得以實(shí)現(xiàn)。隨后，ABB 和 SIEMENS先后進(jìn)行了間隔層設(shè)備的互操作試驗(yàn)和采樣值傳輸互操作試驗(yàn)且都取得成功。國(guó)外成功開(kāi)發(fā)了符合IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的集保護(hù)裝置、智能斷路器、帶數(shù)字接口的光CT等于一身的智能電子設(shè)備。而我國(guó)在第一代分層分布式變電站自動(dòng)化系統(tǒng)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上推出了第二代產(chǎn)品，隨著智能化開(kāi)關(guān)、光電式電流電壓互感器和變電站二次設(shè)備的大力發(fā)展，數(shù)字化變電站逐漸實(shí)現(xiàn)了智能電氣設(shè)備間的信息共享性和互操作性。

我國(guó)國(guó)產(chǎn)的數(shù)字化變電站主設(shè)備主要由智能化互感器、開(kāi)關(guān)等其他一次設(shè)備和具備過(guò)程層通信接口的二次設(shè)備構(gòu)成。智能化互感器用來(lái)輸出數(shù)字信號(hào)，其涵蓋的電壓范圍為10kV～500kV，其中有些產(chǎn)品已與世界先進(jìn)水平相當(dāng)。而我國(guó)在智能開(kāi)關(guān)設(shè)備等其他智能一次設(shè)備的研發(fā)發(fā)面還有很大欠缺，為此，我國(guó)采取了在一次設(shè)備端子箱安裝智能終端的方法，用來(lái)收集設(shè)備狀態(tài)信號(hào)和控制操作設(shè)備，通過(guò)光纖通信實(shí)現(xiàn)與二次設(shè)備間的信息交換。數(shù)字化變電站的二次設(shè)備能夠通過(guò)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與智能一次設(shè)備間的數(shù)字信息的交換。目前我們國(guó)家已經(jīng)成功研發(fā)出具備過(guò)程層通信接口的數(shù)字化變電站全套二次設(shè)備。

二、數(shù)字化變電站繼電保護(hù)裝置的主要特點(diǎn)

1、與傳統(tǒng)的變電站繼電保護(hù)裝置相比，數(shù)字化變電站繼電保護(hù)裝置不再由復(fù)雜的以微處理器為基礎(chǔ)的數(shù)字電路組成，而是由光信號(hào)接收單元、CPU、開(kāi)入單元、存儲(chǔ)裝置、通信接口、人機(jī)接口、出口單元等多個(gè)組成元件構(gòu)成。傳統(tǒng)的繼電保護(hù)設(shè)備其外圍接口分布在核心數(shù)字單位附近，數(shù)字化繼電保護(hù)設(shè)備則通過(guò)電子互感器獲得數(shù)字信號(hào)。數(shù)字化繼電保護(hù)裝置比傳統(tǒng)繼電保護(hù)裝置可供選擇的接口更多，功能也更全面。

2、不論傳統(tǒng)的變電站繼電保護(hù)裝置，還是數(shù)字化變電站（如下圖）繼電保護(hù)裝置，接口都是整個(gè)變電站繼電保護(hù)裝置順利運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。數(shù)字化繼電保護(hù)裝置的接口實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化的信號(hào)傳輸，比起傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置，它使變電站的管理更為便捷。數(shù)字化變電站的采用的一次設(shè)備是電子互感器，它以光數(shù)學(xué)信號(hào)的形式，將采集的信息傳遞到低壓端，然后經(jīng)過(guò)MU系統(tǒng)的處理，得到符合標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字量，進(jìn)而輸出。數(shù)字化繼電保護(hù)裝置的MU系統(tǒng)能夠在光纖信號(hào)傳輸過(guò)程中自行將高次諧波過(guò)濾掉，這樣就不必再使用低通濾波器等模塊，而是采用光收發(fā)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)光電的轉(zhuǎn)換。數(shù)字化繼電保護(hù)裝置的接口可以采用的形式具有很大的靈活性，這也為變電站的綜合管理提供了便利。

三、數(shù)字化變電站繼電保護(hù)的相關(guān)適應(yīng)性的簡(jiǎn)單分析

（一）數(shù)字化變電站采用的電子式互感器不同，則繼電保護(hù)裝置與其相互適應(yīng)的情況也不同。電子式互感器從不同的角度有不同的劃分。就目前而言，根據(jù)供能方式的不同，電子式互感器可分為有源式電子式互感器和無(wú)源式電子式互感器兩種。根據(jù)其依據(jù)原理的不同，電子式互感器可分為基于Rogowski線圈原理的電子式互感器和基于光學(xué)原理的電子式互感器。就目前我國(guó)電子互感器的市場(chǎng)應(yīng)用情況來(lái)看，根據(jù)不同的制作工藝和基于不同原理生產(chǎn)的電子式互感器多種多樣，也因此使得其與繼電保護(hù)裝置的相互適應(yīng)性有一些差異，主要表現(xiàn)在測(cè)量延時(shí)差異和量程差異上。

（二）在數(shù)字化變電站繼電保護(hù)裝置中，繼電保護(hù)動(dòng)作采用過(guò)程層組網(wǎng)的方式，同傳統(tǒng)的變電站繼電保護(hù)裝置相比，其繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間變長(zhǎng)。在電力系統(tǒng)尤其是高壓電網(wǎng)系統(tǒng)中，繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響保護(hù)裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性能。這是因?yàn)閯?dòng)作時(shí)間越長(zhǎng)，制動(dòng)面積就越大，系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性就會(huì)降低。而數(shù)字化繼電保護(hù)裝置或多或少存在電子式互感器延時(shí)、采樣值延時(shí)、網(wǎng)絡(luò)延時(shí)等現(xiàn)象，這也是造成繼電保護(hù)時(shí)間延長(zhǎng)的直接原因。在數(shù)字化變電站繼電保護(hù)裝置的實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)該力求減小電子式互感器的延時(shí)，減少相關(guān)環(huán)節(jié)用時(shí)，提高優(yōu)化過(guò)程層結(jié)構(gòu)的技術(shù)水平。

（三）在數(shù)字化變電站繼電保護(hù)裝置的應(yīng)用中，常常會(huì)遇到電子式互感器傳輸數(shù)據(jù)出錯(cuò)的現(xiàn)象。這是因?yàn)殡娮邮交ジ衅鞯膫鬏斶^(guò)程受到很多因素的影響，如機(jī)器故障、外界干擾等，都可能造成其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)出現(xiàn)錯(cuò)誤，從而影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，造成繼電保護(hù)裝置發(fā)生錯(cuò)誤的判斷和動(dòng)作。在實(shí)際工作中，應(yīng)該積極改進(jìn)判斷故障的試驗(yàn)和方法，加強(qiáng)對(duì)電子式互感器的測(cè)試力度，減少對(duì)繼電保護(hù)裝置的不利影響，避免其發(fā)生誤動(dòng)作。

（四）傳統(tǒng)的變電站繼電保護(hù)裝置通過(guò)模數(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，而數(shù)字化變電站繼電保護(hù)裝置采用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和電子式互感器會(huì)在數(shù)據(jù)傳輸和處理的過(guò)程中造成一定的延時(shí)，使傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間順序受到一定的干擾，導(dǎo)致采樣出現(xiàn)不同步的現(xiàn)象。在數(shù)字化變電站中，應(yīng)該力求電子式互感器與繼電保護(hù)裝置的采樣一致，減少傳輸過(guò)程中的延時(shí)差異，通過(guò)采取統(tǒng)一的外部時(shí)鐘源及采取合并單元差值計(jì)算的方法，盡最大可能使數(shù)字化變電站的數(shù)據(jù)同步。

四、結(jié)語(yǔ)

隨著數(shù)字化變電站的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，數(shù)字化變電站的繼電保護(hù)二次裝置的適應(yīng)性也越來(lái)越受到人們的重視。繼電保護(hù)裝置對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行起著重要的作用。目前我國(guó)的數(shù)字化變電站還有很大一部分采用傳統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置，繼電保護(hù)裝置與電子式互感器、過(guò)程層網(wǎng)絡(luò)的配套運(yùn)行中還存在一些問(wèn)題，應(yīng)該重視對(duì)數(shù)字化變電站繼電保護(hù)裝置相關(guān)的適應(yīng)性問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

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